纳米TiO2/Si薄膜的制备与光催化性能的研究

1972年, Fujishima等发现受辐射的TiO₂上可以持续发生水的氧化还原反应产生氢, 从此, 半导体光催化受到了重视并得到进一步广泛的研究^[1]。     

TiO2掺杂La和Ce离子光催化薄膜的微结构与催化特性研究

应用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜．在薄膜中掺杂了Ce和La离子,并对其微结构和光催化特性作了分析。结果表明：这两种元素的加入量和热处理的温度能使薄膜的晶体结构产生重人改变,从而影响到TiO2的催化性能。当掺杂量和热处理温度适当时,能够获得光催化性能最好的TiO2薄膜。     

后处理对TiO_2纳米薄膜的表面结构和光催化活性的影响

半导体TiO2光催化材料对环境中各种污染物的明显去除效果已引起人们的广泛关注犤1～6犦。在普通钠钙玻璃表面涂制高光催化活性的TiO2纳米薄膜,制成环保建筑材料,不仅可以自洁玻璃表面,而且可以用于净化空气、处理废水等。但由于在热处理过程中玻璃基体内的Na+离子扩散到薄膜表面,形成光生电子和空穴的复合中心,使TiO2纳米薄膜的光催化活性大大降低犤7～10犦。为了减少玻璃中Na+离子对TiO2薄膜光催化活性的有害影响,Paz等犤8犦研究了将钠钙玻璃浸入酸溶液中,使玻璃表面的钠离子被酸中的氢离子置换出来;在玻璃表面形成SiO2凝胶层,以便阻…     

多孔TiO2薄膜自洁净玻璃的亲水性和光催化活性

亲水性多孔TiO₂薄膜自洁净玻璃以含聚乙二醇的钛醇盐溶胶前驱体中通过浸渍提拉法制备;随着前驱物中聚乙二醇加入量的增加,多孔TiO₂薄膜表面的羟基含量也增加,薄膜表面的亲水性增强,水与薄膜表面的接触角下降为0°.该亲水性多孔TiO₂薄膜自洁净玻璃具有明显的自洁净和易清洗功能.紫外-可见光透过光谱分析表明,随着TiO₂薄膜中孔径的增大,光的散射增强,透光率减小.该TiO₂镀膜玻璃对于紫外线具有吸收作用.甲基橙水溶液的光催化降解实验表明,在TiO₂薄膜中引入适当大小的微孔可显著增强薄膜的光催化活性,但当孔径接近400nm时,薄膜的光催化活性减弱.     

铝基板的界面扩散对薄膜型TiO2光催化活性的影响

以钛酸四丁酯为前驱体, 采用溶胶-凝胶法在铝基板表面制备了纳米晶TiO2薄膜. 运用XRD、SEM和XPS对制得的薄膜进行表征, 并测试了薄膜光催化降解亚甲基蓝(MB)的活性. 结果表明, TiO2薄膜样品在450 ℃焙烧30 min后, 晶粒排列比较致密, 粒径为10-20 nm, 并与铝基板紧密结合; 薄膜与铝基板发生了明显的界面扩散, 薄膜中的Al元素来自铝基板的界面扩散, 且界面层很宽, 扩散层厚度约为75 nm; 界面扩散的发生直接导致了TiO2薄膜的光催化活性下降. 但随着薄膜厚度增加, 铝基板对TiO2薄膜降解亚甲基蓝催化活性的影响不断减小.     

钒离子掺杂对TiO2光催化剂薄膜催化活性的影响

采用溶胶凝胶工艺在普通玻璃表面制备了钒离子非均匀掺杂的TiO2薄膜,运用XRD研究了其光催化复合薄膜的表面特征.以光催化降解甲基橙溶液为模型反应,表征薄膜的光催化活性,结果表明,将钒离子富集在TiO2薄膜内部时,最佳掺杂浓度为1.0%(V/Ti原子百分比),最佳降解表观速率常数为7.44×10-3min-1,约是纯TiO2的2.3倍,有效地提高了TiO2半导体的光催化效率.通过XPS与电化学方法进行分析,说明将钒离子富集在TiO2薄膜内部十分有利于电子-空穴的分离,增强了光生电子与空穴的分离效率.     

后处理对TiO2纳米薄膜的表面结构和光催化活性的影响

半导体TiO2光催化材料对环境中各种污染物的明显去除效果已引起人们的广泛关注[1～6].在普通钠钙玻璃表面涂制高光催化活性的TiO2纳米薄膜,制成环保建筑材料,不仅可以自洁玻璃表面,而且可以用于净化空气、处理废水等.     

TiO2-石墨烯光催化剂：制备及引入石墨烯的方法对光催化性能的影响

利用溶胶-凝胶法原位制备了二氧化钛/石墨烯(TiO2-GE)复合光催化剂,研究了纯TiO2以及不同方法制备的TiO2-GE复合光催化剂对亚甲基蓝及罗丹明B光催化降解性能。结果表明:石墨烯的引入提高了TiO2的光催活性,这主要是得益于石墨烯优异的电子传输性能及较好吸附特性。不同方法制备TiO2-GE复合催化剂的光催化活性也存在较大差别。原位制备的TiO2-GE复合光催化剂表现出最佳的光催化活性。     

TiO2纳米粒子膜的表面态性质对光催化活性的影响

TiO2纳米粒子膜催化剂光催化降解大气和水中污染物,具有广泛的应用前景,成为重点研究的课题之一[1～3].膜的晶体结构、能带结构、表面微结构和光生载流子过程等是决定催化剂光催化活性重要的因素.研究这些性质能够为研制和开发高效催化剂提供理论依据.本文采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)[4]制备TiO2纳米粒子膜,分别用TiCl4等离子体和O2等离子体处理膜表面,制出两种不同表面性质的TiO2纳米粒子膜,测定其表面性质和降解苯酚的光催化活性,分析和讨论了膜表面物种、表面态能级对光催化活性的影响.     

氮掺杂二氧化钛薄膜的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂Ti O2薄膜;利用X射线光电子能谱仪、紫外-可见光谱仪表征了所制备的薄膜的化学状态和光吸收性能;并考察了可见光照射下薄膜的亲水性能和光催化性能.结果表明:N通过取代部分O的方式进入到Ti O2薄膜中,且掺杂后在可见光区的光吸收增强;最优条件下,Ti O2-xNx薄膜的接触角由31°降到12°,亲水化速度常数为0.018,可见光照射3 h,亚甲基蓝的降解率达到45%.     

纳米粒子TiO2/Ti膜的表征及其光催化活性

以钛酸四丁酯为原料，采用溶胶－凝胶法，在600℃焙烧制备了纳米粒子TiO2/Ti膜，并利用TG－DTA，XRD、SEM、XPS、PL、SPS和EFISPS测试技术，对膜样品进行了表征。结果表明，纳米粒子TiO2/Ti膜表面为高密度的均匀碎片结构，TiO2纳米粒子具有与国际P-25TiO2粒子相类似的组成、结构以及微晶尺寸；在纳米粒子TiO2/Ti膜的表面，Ti主要以＋4价化学态存在。而O主要以晶格氧、羟基氧和吸附氧3种化学态存在。以纳米粒子TiO2／Ti膜的PL光谱测试中，以260nm为激发波长，观察到了峰位在380nm处的PL光谱，该值与SPS信号的响应阈值是一致的，此PL光谱峰可能与导带低的电子向价带顶的能级跃迁有关，同时说明了TiO2纳米粒子的量子尺寸效应的影响要大于库仑作用能和表面极化能的影响。以310nm为激发波长，分别观察到了与锐钛矿和金红石相关的发光信号；以450nm为激发波长，观察到了与表面态相关的弱的发光信号。此外，在光催化降解苯酚实验中，当涂膜3次时，TiO2粒子膜达到最高的光催化活性。     

担载材料对TiO2薄膜光催化活性的影响

ＴＩＯ２薄膜催化剂光催化治理大气和水污染，具有实际应用的前景，受到科学界的高度重视“－‘’．实验结果发现，担载材料对膜的催化活性有很大影响”’，如采用玻璃、不锈钢。石英作为ＴＩＯ。膜的载体时，由于界面离子扩散作用的不同，使得膜的光催化活性有很大的差异...     

掺铁TiO2纳米微粒的制备及光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备了不同掺铁量的TiO2光催化剂,运用TG-DTA,XRD,SEM,DRS和测定光电导等方法对催化剂进行了表征.以高压汞灯为光源,罗丹明B为目标降解物,对其光催化活性进行了研究.实验结果表明,掺铁的TiO2比纯TiO2具有更好的催化活性.其原因:掺杂的铁作为受主捕获电子,使TiO2的n型半导体降低了光电导,控制了空穴和电子复合;同时掺杂的Fe3 可能形成杂质能级,由于掺杂能级处于禁带之中,使较长波长的光子也能被吸收,从而扩展吸收光谱的范围,增强了对可见光的吸收.     

Cr掺杂金红石相TiO2(110)单晶薄膜的制备、表征及光催化活性

采用脉冲激光沉积术(PLD)同质外延生长了表面原子级平整的6%(原子比)Cr 掺杂的金红石相TiO₂(110)单晶薄膜, 采用扫描隧道显微镜(STM)、扫描隧道谱(STS)、X 射线光电子能谱(XPS)和紫外光电子能谱(UPS)对其进行了表征. 结果表明: Cr 掺杂对TiO₂(110)-(1×1)表面的形貌没有明显影响, 但是提高了掺杂薄膜在负偏压的导电性; Cr与晶格O键合而呈现+3价态, 由此在TiO₂的价带顶上方~0.4 eV处引入杂质能级. 紫外-可见光吸收谱显示薄膜的光吸收能力被扩展到~650 nm, 处于可见光范围. 借助STM以单个甲醇分子的光解反应检测了薄膜的光催化活性. 仅观察到紫外光照射下甲醇分子的脱氢反应, 在可见光照射下(λ>430 nm)甲醇分子没有发生反应, 表明单独的Cr掺杂可能不足以提高TiO₂在可见光下的催化活性.     

TiCl4水解法制备TiO2薄膜的表征及光催化性能

TiCl4水解法制备TiO2薄膜的表征及光催化性能;TiCl4水解;TiO2薄膜;光催化;乙酸     

光催化活性TiO2薄膜的低温制备

在低温下,将基材浸渍在含配合物,F－离子捕获剂H3BO3,及加有结晶诱导剂锐钛矿TiO2纳米晶的过饱和水溶液中,在基材上沉积锐钛矿型TiO2薄膜.研究了水溶液的浓度、反应物和H3BO3的摩尔比、沉积时间、反应温度等对沉积TiO2薄膜的结构和性能的影响.并用UV Vis、XRD和SEM等对TiO2薄膜的透明性、厚度、物相和形貌等进行了表征.用亚甲蓝的光催化降解,评价了TiO2薄膜的光催化活性.     

TiO_2/SiO_2纳米薄膜的光催化活性和亲水性

通过 sol-gel工艺在钠钙玻璃表面制备了均匀透明的 TiO2/SiO2复合纳米薄膜 .实验结果表明 : 当 SiO2添加量较高时 , TiO2/SiO2复合纳米薄膜的光催化活性明显降低 ;当 SiO2添加量较低时 ,TiO2/SiO2复合薄膜的光催化活性无明显变化 .在 TiO2薄膜中添加 SiO2,可以抑制薄膜中 TiO2晶粒的长大 ,同时薄膜表面的羟基含量增加 , 水在复合薄膜表面的润湿角下降 , 亲水能力增强 .当 SiO2含量为 10％－ 20％（摩尔分数）时获得了润湿角为 0°的超亲水性薄膜 .     

异质结型光催化膜的活性及其机理研究

采用浸渍提拉法制得TiO₂,ZnO,Fe₂O₃,ZnO/TiO₂,TiO₂/ZnO,Fe₂O₃/TiO₂和TiO₂/Fe₂O₃石英玻璃基底负载膜.光催化降解亚甲基蓝实验表明,TiO₂和ZnO具有良好的光催化活性,Fe₂O₃活性较差.但形成异质结后,TiO₂和Fe₂O₃的光催化降解能力发生明显的变化.用254nm紫外光光照后,TiO₂,ZnO和Fe₂O₃等3种氧化物膜与水的接触角均有不同程度的降低,TiO₂表现出超亲水性,ZnO/TiO₂和Fe₂O₃/TiO₂膜与水的接触角小于对应的单纯ZnO和Fe₂O₃膜与水的接触角,其中Fe₂O₃/TiO₂表面出现超亲水性.瞬态光电导谱的少数载流子寿命的测定表明,异质结势垒电场能有效地增强光生电子-空穴对的分离效率.根据能带理论建立的两组异质结能带模型可合理地解释实验结果.